在過去的綜合治理形態(tài)中，政府治理主要呈現(xiàn)在制度供給、政策激勵、外部約束。“治理”和“管理”一字之差，呈現(xiàn)的則是多方面的差異。
現(xiàn)階段，就城市信息化發(fā)展環(huán)節(jié)來說 ，正處在從數(shù)字化管理升華到智慧化綜合治理的歷史過渡階段，網(wǎng)格化精細管理模式將逐漸向數(shù)字孿生強智能化自治模式演化。
英國曼徹斯特大學教授、當今著名的地方綜合治理科研專家格里·斯托克曾說：“綜合治理的本質就在于它所側重的統(tǒng)治機制并不依賴于政府部門的權威和制裁?！碑敶卫眢w系的創(chuàng)建應充分的尊重綜合治理的本質，在不從外部強加作用的條件下創(chuàng)建新的社會結構是最理想化的最終狀態(tài)，而這類創(chuàng)建全過程要依賴于多種相互影響的行為要素的互動及自組織。怎樣從數(shù)字化、信息化、智能化角度為城市治理提供支持已變成新時代的迫切需求。
1、城市規(guī)劃基礎建設“一張圖”，城市治理虛實結合“一盤棋”
數(shù)字孿生城市的理論基礎源于信息物理系統(tǒng)(CyberPhysicalSystems，CPS)和數(shù)字孿生（DigitalTwin，DT）。信息物理系統(tǒng)是集計算、通信與操控于一體的新一代智能系統(tǒng)。信息物理系統(tǒng)利用人機交互接口實現(xiàn)和物理進程的信息交互，運用網(wǎng)絡化空間遠程、可靠、實時、安全、協(xié)作方式操控物理實體。數(shù)字孿生是充分運用物理模型、傳感器更新、運作歷史等數(shù)據(jù)信息，集成化多物理量、多尺度、多概率進行仿真模擬，在虛擬空間中完成映射，進而呈現(xiàn)相對應的實體的生命周期全過程。
數(shù)字孿生的本質是基于數(shù)據(jù)信息線索的操控。數(shù)字孿生建立在信息物理系統(tǒng)基礎之上，更加的偏重于數(shù)據(jù)信息和模型，聚焦數(shù)字化工程管理與技術應用兩個方面，推動管理與技術應用深度融合，為當今世界提供一種通用型的智能化基礎理論及發(fā)展范式。由數(shù)字孿生可推演出“數(shù)字孿生-X”系統(tǒng)，如：數(shù)字孿生城市、數(shù)字孿生社區(qū)等。
數(shù)字孿生城市可當作是數(shù)字孿生系統(tǒng)在城市載體上的一個具體實現(xiàn)?；A建設數(shù)字孿生城市的目的是創(chuàng)建“城市規(guī)劃基礎建設‘一張圖’，城市治理虛實結合‘一盤棋’，城市服務場景設計一站式”的當代城市治理模式。數(shù)字孿生城市為城市現(xiàn)代化綜合治理提供了新思維和新方法，同時也為城市管理向綜合治理演變開拓了新途徑。
2、虛實結合信息交互的數(shù)字孿生城市
城市數(shù)字孿生系統(tǒng)可分成城市物理孿生體和城市數(shù)字孿生體兩部分，對應城市物理空間和城市信息空間，以數(shù)據(jù)信息為樞紐完成城市信息物理系統(tǒng)的系統(tǒng)集成，以控制算法與模型為核心完成虛實城市間的知識交互與迭代優(yōu)化。數(shù)字孿生及數(shù)字孿生城市的7要素可抽象為：物理空間、數(shù)字空間、數(shù)據(jù)信息、模型、控制、管理、服務。
現(xiàn)實中，要求城市數(shù)字孿生體可以綜合性指引并動態(tài)性優(yōu)化物理城市的全生命周期工程，故此需要首先開發(fā)設計實現(xiàn)城市仿真模擬與控制系統(tǒng)。城市仿真模擬與控制系統(tǒng)包含軟硬件兩個方面，運用的核心技術是系統(tǒng)仿真模擬、自動控制及系統(tǒng)集成。仿真模擬系統(tǒng)的創(chuàng)建包含概念建模、仿真模擬設計、計算機與數(shù)學仿真模擬、物理建模與試驗、半實物仿真模擬與驗證、系統(tǒng)集成等關鍵步驟。
數(shù)字城市孿生體的終極目標是完成泛在物聯(lián)感知及復雜自動化控制系統(tǒng)與三維可視化數(shù)字模型空間的深度融合，即在可視化構件和系統(tǒng)空間中完成實時泛在感知與自主協(xié)同控制，這也是現(xiàn)階段暫未真正攻克的技術難點。
3、建設四范式模式下數(shù)字孿生城市
數(shù)字孿生城市的建設發(fā)展宜遵從“理論-技術-管理-應用”四位一體發(fā)展范式（簡稱“DT四范式”）,以數(shù)字孿生基礎理論與核心技術為基礎，兼?zhèn)涔芾砗图夹g兩個方面，在應用場景中不斷地試驗、驗證并健全其理論與技術體系。
基礎理論方面，以多尺度數(shù)字孿生理論為指引，設計規(guī)劃多粒度數(shù)字孿生城市系統(tǒng)架構，開發(fā)設計多層級數(shù)字孿生城市模型。從系統(tǒng)工程角度來看，多粒度數(shù)字孿生城市系統(tǒng)可分成設備級、系統(tǒng)級、SoS(系統(tǒng)的系統(tǒng)，復雜系統(tǒng))級及復雜巨系統(tǒng)級四個層級，且從上往下具備包含關系，可按照物理城市的規(guī)模和界限適當收放系統(tǒng)粒度。各層級內部及層級之間又通過數(shù)據(jù)信息完成關聯(lián)、迭代及優(yōu)化，最后使系統(tǒng)處在最優(yōu)平衡狀態(tài)。多粒度數(shù)字孿生城市是一個由細到粗逐步推進的系統(tǒng)，總體呈現(xiàn)出“V”型結構，上一粒度級數(shù)字孿生模型可看成是多個下一粒度級數(shù)字孿生模型的集成。城市要素的多元化、多顆粒度特點決定了需創(chuàng)建多粒度數(shù)字孿生城市才能夠刻畫出真實的智慧城市。
核心技術層面，以軟件工程理論和工業(yè)軟件理論為引導，研發(fā)以數(shù)據(jù)流和業(yè)務流為關聯(lián)線索的工業(yè)級數(shù)字孿生城市系統(tǒng)軟件（CIM軟件），重點處理底層通信協(xié)議自主可控、數(shù)據(jù)安全、業(yè)務知識模型化等至關重要的問題。數(shù)字孿生城市系統(tǒng)軟件是數(shù)字城市與物理城市的整合體和交互平臺，其技術應用模式的核心內容是數(shù)據(jù)線程和模型體系，且含有意見反饋回路，能夠真正的完成數(shù)據(jù)全周期跟蹤和工程全生命周期管理。數(shù)字孿生城市系統(tǒng)軟件完成從城市基礎設備設施到城市治理平臺的縱向集成，也可泛在連接至更底層的工廠級制造系統(tǒng)，因此是一種具有全時空立體感知、全數(shù)據(jù)可信互聯(lián)、全體系精準管控、全領域智慧決策、全場景可視交互五個特性的深度集成系統(tǒng)。研發(fā)配套規(guī)范，在規(guī)范化架構下研發(fā)產品和系統(tǒng)。數(shù)字孿生將演變傳統(tǒng)化產品和系統(tǒng)研發(fā)模式，完成產品研發(fā)的系統(tǒng)全生命周期管理，完成“制造前運行”，完成向“設計－虛擬綜合－數(shù)字制造－物理制造”的新模式演變。
管理層面，數(shù)字孿生城市系統(tǒng)協(xié)助城市管理者構建城市全周期管理模型、流程及體系，協(xié)助其構建數(shù)字孿生管理新模式。從管理領域來講，包括城市產品管理、城市服務管理、城市設備管理、城市業(yè)務管理、城市執(zhí)法管理、城市人員管理、城市環(huán)境管理七個主要層面。使用“數(shù)據(jù)”這一“數(shù)字樞紐”可跨接眾多管理領域完成無縫集成，進而使管理信息和指令能夠更為高效透明的運轉，另外也可完成管理流程的痕跡追溯。數(shù)字孿生管理模式真正的完成了全流程可管、全要素可查、全過程可控的“三可”管理模式，以數(shù)字孿生技術為新動能，驅動管理體系演變。
應用層面，基于數(shù)字孿生城市理論和技術應用，可孵化出多粒度、多領域、多元化應用環(huán)境。按照數(shù)字孿生粒度尺度，能夠歸納出不同等級的應用環(huán)境。在設備級，有設備故障檢測、設施預測性維護、設備低能耗控制、熱耗散模擬等；在系統(tǒng)級，有智慧家庭、智慧醫(yī)療、智慧養(yǎng)老、智慧社區(qū)、智慧供熱等；在復雜系統(tǒng)級，有城市能源互聯(lián)網(wǎng)、智慧市政工程、智慧城管、網(wǎng)格化城市管理等。數(shù)字孿生模型和系統(tǒng)應用于城市管理和治理的各領域可整合衍化出海量領域新業(yè)態(tài)，領域新業(yè)態(tài)的規(guī)?；膳c共享經過一定歷史環(huán)節(jié)的發(fā)展后，又可產生更大范疇的新業(yè)態(tài)，進而對國家經濟社會發(fā)展產生直接的推動作用。
4、數(shù)字孿生城市與城市信息模型
城市信息模型（CityInformationModeling，CIM)是以城市的信息數(shù)據(jù)為基礎，創(chuàng)建起三維城市空間模型和城市信息的有機綜合體。城市信息模型現(xiàn)階段暫無統(tǒng)一性的準確界定，CIM的內涵和外延現(xiàn)階段仍處在探索階段。CIM應依托數(shù)字孿生理論和技術創(chuàng)建，宜運用基于模型的復雜系統(tǒng)工程思維。由此，CIM可以表述為以數(shù)字技術為治理引擎（簡稱數(shù)字引擎）的數(shù)字孿生城市之數(shù)字孿生體。
創(chuàng)建城市信息模型的目的是使城市信息獲得更為科學、嚴謹、統(tǒng)一、準確的表述，為城市建設與治理提供數(shù)字引擎。城市信息模型嘗試從城市建模的視角為城市提供更為科學嚴謹?shù)谋硎?，?/span>“信息”為主線圍繞城市空間，使物理分散的城市在信息空間中完成邏輯性集成，故此可以更好的優(yōu)化城市、管理城市、治理城市。
數(shù)字孿生城市的城市數(shù)字孿生體可看成是城市信息模型的一種完成方式。城市數(shù)字孿生體從數(shù)據(jù)和模型的視角，按照復雜系統(tǒng)控制與決策理論為城市信息模型提供了科學性和落地性都較強的解決方案?；跀?shù)字孿生城市和城市信息模型，可創(chuàng)建出由模型到系統(tǒng)再到體系的微觀與宏觀一體化城市現(xiàn)代化治理模式，真正完成基于模型的城市系統(tǒng)工程。